DE1180483B - Process for the production of fibers with improved colorability from polymers or copolymers of acrylic acid nitrile - Google Patents
Process for the production of fibers with improved colorability from polymers or copolymers of acrylic acid nitrileInfo
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6. August 1957
29. Oktober 1964D 37608IVc / 29 b
August 6, 1957
October 29, 1964
Der Einfachheit halber werden im folgenden Fasern aus Polymerisaten oder Mischpolymerisaten des Acrylsäurenitrils, die mindestens etwa 85 Gewichtsprozent Acrylsäurenitrileinheiten in dem Polymermolekül enthalten, als »Polyacrylnitrilfasern« bezeichnet. For the sake of simplicity, the following are fibers from polymers or copolymers of acrylonitrile, which are at least about 85 percent by weight Acrylonitrile units contained in the polymer molecule, referred to as "polyacrylonitrile fibers".
Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung und Behandlung von Acrylfasern, -fäden, -garnen, -zwirnen, -seilen, -schnüren u. dgl. zur Verbesserung bestimmter physikalischer Eigenschaften bekannt. Im allgemeinen sind jedoch die üblichen Verfahren, und zwar auch die bekannten Wärmebehandlungsverfahren, im Hinblick auf die Verbesserung der Färbeeigenschaften nicht besonders vorteilhaft. Keines der bekannten Verfahren vermag z. B. die Fähigkeit der Fasern wesentlich zu verbessern, gründlich von üblichen Farbstoffen durchdrungen zu werden, um die Fasern praktisch gleichmäßig und schnell im Innern und an der Oberfläche zu färben.There are various processes for the production and treatment of acrylic fibers, threads, yarns, Twisting, ropes, cords and the like are known to improve certain physical properties. in the general, however, are the usual processes, including the known heat treatment processes, not particularly advantageous from the viewpoint of improving the coloring property. None of the known method is capable of z. B. the ability of the fibers to improve significantly, thoroughly different from usual Dyes get permeated to the fibers practically evenly and quickly inside and to stain the surface.
Bestimmte Vinyllactampolymerisate, insbesondere Polyvinylpyrrolidon, sind besonders vorteilhafte Mittel zur Verbesserung der Färbbarkeit von Acrylfasern, wenn sie diesen einverleibt werden. Häufig kann jedoch die Anwendung derartiger polymerer Stoffe als Färbehilfsmittel für Acrylfasern nur zu einer oberflächlichen Verbesserung der Farbstoffaufnahmefähigkeit der Fasern führen. Dabei wird nicht unbedingt die Färbbarkeit der Fasern wesentlich verbessert. Eine vollständige Durchfärbung z. B. kann bisweilen nur mit großen Schwierigkeiten bei mit Vinyllactampolymerisat imprägnierten Acrylfasern erzielt werden, wenn bestimmte Acetatfarbstoffe verwendet werden.Certain vinyl lactam polymers, in particular polyvinylpyrrolidone, are particularly advantageous agents to improve the dyeability of acrylic fibers when incorporated into them. Often, however, can the use of such polymeric substances as dyeing auxiliaries for acrylic fibers is only superficial Improve the dye absorption capacity of the fibers. This does not necessarily affect the dyeability the fibers are significantly improved. A complete coloration z. B. can sometimes only with great difficulties can be achieved with acrylic fibers impregnated with vinyl lactam if certain Acetate dyes can be used.
Fasern, die nicht gründlich durchdrungen und gefärbt werden, sondern den Farbstoff lediglich an der Oberfläche und in ihren äußeren Teilen aufnehmen, werden im allgemeinen als ringgefärbt bezeichnet. Polyacrylnitrilfasern, die die Neigung besitzen, beim normalen Gebrauch zu zerfasern, so daß ihre inneren Teile freigelegt werden, sind von geringem Wert, wenn sie nur ringgefärbt sind. Sie haben den sehr spürbaren Nachteil, beim Zerfasern der ringgefärbten Fasern weiß zu werden bzw. zu verblassen.Fibers that are not thoroughly penetrated and dyed, but only the dye on the Surface and absorb in their outer parts are generally referred to as ring-colored. Polyacrylonitrile fibers, which have the tendency to fray during normal use, so that their inner Parts exposed are of little value if only ring colored. You have the very noticeable one Disadvantage of turning white or fading when the ring-colored fibers are broken up.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung und Konditionieren von Polyacrylnitrilfasern, um die Färbbarkeit des fertigen Produktes wesentlich zu erhöhen, d. h. um das Eindringen von Farbstoffen in die Fasern wesentlich zu verbessern und zu erleichtern, um dadurch die Ringfärbung zu vermeiden.The invention therefore relates to a process for the production and conditioning of polyacrylonitrile fibers, to substantially increase the dyeability of the finished product, d. H. to penetrate of dyes in the fibers to improve and facilitate the ring coloring to avoid.
Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß man nach üblichen Naßspinnverfahren Fasern gewinnt,
diese wäscht, verstreckt, gegebenenfalls zu Verfahren zur Herstellung von Fasern mit verbesserter
Färbbarkeit aus Polymerisaten oder
Mischpolymerisaten des AcrylsäurenitrilsAccording to the invention, this is achieved in that fibers are obtained by conventional wet spinning processes, these are washed, drawn, if appropriate for processes for the production of fibers with improved dyeability from polymers or
Copolymers of acrylonitrile
Anmelder:Applicant:
The Dow Chemical Company, Midland, Mich.The Dow Chemical Company, Midland, Mich.
(V. St. A.)(V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,Dr.-Ing. H. Ruschke, patent attorney,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Stanley Allen Murdock,Stanley Allen Murdock,
Thomas Cecil Spence, Concord, CaHf. (V. St. A.)Thomas Cecil Spence, Concord, CaHf. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 27. August 1956V. St. v. America August 27, 1956
(606484, 606 500)(606484, 606 500)
Stapelfasern verarbeitet und sie, während sie noch als Hydrogel vorliegen, durch ein Wasserbad leitet, das ein Vinyllactampolymerisat gelöst enthält, und sie dann etwa 0,5 Sekunden bis 30 Minuten mit Wasserdampf unter einem absoluten Druck von mindestens etwa 1,4 kg/cm2 behandelt und anschließend trocknet.Processed staple fibers and while they are still in the form of hydrogel, passes them through a water bath containing a vinyl lactam polymer in solution, and then steams them for about 0.5 seconds to 30 minutes under an absolute pressure of at least about 1.4 kg / cm 2 treated and then dried.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Wärmebehandlung ausgeführt wird, indem die das Vinyllactam enthaltende Faser mit Wasserdampf unter einem absoluten Druck zwischen etwa 1,76 und 4,22 kg/cma 1 Sekunde bis 5 Minuten lang behandelt wird. Die Faser kann sowohl in entspanntem, vollständig schrumpfungsfähigem Zustand wie unter Zugspannung als auch in unvollständig schrumpfungsfähigem Zustand behandelt werden. Nach Beendigung der Wasserdampfbehandlung kann die Faser entweder in entspanntem Zustand oder unter Zug getrocknet werden. Sie kann dann gründlich nach üblichem Verfahren mit einer großen Anzahl verschiedener Farbstoffe gefärbt werden, wobei der Farbstoff ausgezeichnet in das Innere eindringt.It is particularly advantageous if the heat treatment is carried out by treating the fiber containing the vinyl lactam with water vapor under an absolute pressure of between about 1.76 and 4.22 kg / cm a for 1 second to 5 minutes. The fiber can be treated both in a relaxed, fully shrinkable state, such as under tension, and in an incompletely shrinkable state. After the steam treatment has ended, the fiber can be dried either in the relaxed state or under tension. It can then be dyed thoroughly with a large number of different dyes by an ordinary method, the dye penetrating well into the interior.
Die gefärbten Fasern, die erhalten werden können, sind nicht in merklichem Ausmaß ringgefärbt; sie sind durch das als Färbehilfsmittel verwendete Vinyllactampolymerisat mehr als oberflächlich verbessert.The colored fibers that can be obtained are not ring colored to any appreciable extent; they are more than superficially improved by the vinyl lactam polymer used as a dyeing aid.
409 709/321409 709/321
Ferner sind die gemäß dieser Erfindung behandelten imprägnierten Fasern durch eine erhöhte »Farbausbeute« bzw. durch eine Gesamtverbesserung der allgemeinen Farbaufnahmefähigkeit im Vergleich zu unbehandelten, Vinyllactampolymerisat enthaltenden Fasern ausgezeichnet.Furthermore, the impregnated fibers treated according to this invention are characterized by an increased "color yield" or by an overall improvement in the general ink receptivity compared to untreated fibers containing vinyl lactam polymer are excellent.
Eine bessere und größere Färbbarkeit der behandelten Fasern kann erhalten werden, wenn sie zum Schluß bei mäßig erhöhten Trockentemperaturen getrocknet werden. Die zum Trocknen der Fasern verwendete Temperatur kann zwischen Raumtemperatur und 160° C, am besten zwischen etwa 110 und 1500C liegen.Better and greater dyeability of the treated fibers can be obtained if they are finally dried at moderately elevated drying temperatures. The temperature used for drying of the fibers may be between room temperature and 160 ° C, are most preferably between about 110 and 150 0 C.
Wie angegeben, ist es besonders vorteilhaft, die Erfindung durchzuführen, indem der Acrylfaser als Färbehilfsmittel Polyvinylpyrrolidon einverleibt wird.As indicated, it is particularly advantageous to practice the invention using the acrylic fiber as Coloring aid polyvinylpyrrolidone is incorporated.
Die erfindungsgemäß hergestellte und getrocknete Faser, die eine verbesserte gesamte Farbaufnahmefähigkeit hat, kann leicht bei einer ausgezeichneten Durchdringung mit den meisten Farbstoffen gefärbt werden. Es können übliche Verfahren verwendet werden, um ein Durchfärben sicherzustellen und um tiefe und gleichmäßige Schattierungen nicht nur mit Acetatfarbstoffen, sondern auch mit sauren und direkt ziehenden Farbstoffen und mit Küpenfarbstoffen zu erzielen. Außerdem haben die behandelten Fasern ausgezeichnete physikalische Eigenschaften.The fiber made and dried in accordance with the present invention which has an improved overall ink receptivity can easily be colored with excellent penetration with most dyes will. Conventional procedures can be used to ensure through-staining and around deep and even shades not only with acetate dyes, but also with acidic and direct pulling dyes and with vat dyes. They also have the treated fibers excellent physical properties.
Eine Spinnlösung wurde hergestellt, indem etwa 1 Gewichtsteil Polyacrylsäurenitril mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 25 000 bis 30 000 in etwa 9 Teilen einer 60%igen Lösung von Zinkchlorid in Wasser gelöst wurde. Die Spinnlösung, die eine Viskosität von 2000 Poise bei 250C hatte, wurde durch eine 0,25-mm-Spinndüse mit 300 Löchern in ein Fällbad gepreßt, das aus einer Lösung von etwa 43,5 % Zinkchlorid in Wasser bestand. Die Temperatur des Fällbades betrug etwa 15°C. Die ausgepreßte, gefällte Spinnlösung ergab ein fadenartiges Gebilde eines Hydrogels, das in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur gewaschen wurde, bis der Salzgehalt des Hydrogels etwa 0,05 % — auf das Trockengewicht des Polyacrylsäurenitrils bezogen — nicht überschritt. Das gewaschene Hydrogel wurde gleichzeitig durch Strecken orientiert und mit Polyvinylpyrrolidon imprägniert, indem dieses zuerst in Luft nach dem Herausziehen aus dem Fällbad gestreckt und dann zusätzlich gestreckt wurde, während dieses in zwei aufeinanderfolgenden heißen wäßrigen Bädern, die Polyvinylpyrrolidon gelöst enthalten, eingetaucht wurde. Das erste Bad enthielt etwa 4% und das zweite Bad etwa 0,5% Polyvinylpyrrolidon. Die Faser wurde insgesamt um das 12fache gestreckt; dabei wurde zweimal in Luft und dann dreimal und zweimal in den aufeinanderfolgenden Polyvinylpyrrolidon enthaltenden wäßrigen Bädern gestreckt. Die gewaschene und gestreckte Hydrogelfaser enthielt etwa 8,5% — auf das Trockengewicht des Polyacrylsäurenitrils in der Faser bezogen — an Polyvinylpyrrolidon.A dope was prepared by dissolving about 1 part by weight of polyacrylonitrile having an average molecular weight of about 25,000 to 30,000 in about 9 parts of a 60% solution of zinc chloride in water. The spinning solution, which had a viscosity of 2000 poise at 25 ° C., was pressed through a 0.25 mm spinneret with 300 holes into a precipitation bath which consisted of a solution of about 43.5% zinc chloride in water. The temperature of the precipitation bath was about 15 ° C. The pressed, precipitated spinning solution gave a thread-like structure of a hydrogel which was washed in distilled water at room temperature until the salt content of the hydrogel did not exceed about 0.05% based on the dry weight of the polyacrylonitrile. The washed hydrogel was simultaneously oriented by stretching and impregnated with polyvinylpyrrolidone by first stretching it in air after pulling it out of the precipitation bath and then additionally stretching it while immersing it in two successive hot aqueous baths containing dissolved polyvinylpyrrolidone. The first bath contained about 4% and the second bath about 0.5% polyvinylpyrrolidone. The fiber was stretched a total of 12 times; stretching was carried out twice in air and then three times and twice in the successive polyvinylpyrrolidone-containing aqueous baths. The washed and stretched hydrogel fiber contained about 8.5% - based on the dry weight of the polyacrylonitrile in the fiber - of polyvinylpyrrolidone.
Ein erster Teil (Probe A) des naßgestreckten, Polyvinylpyrrolidon enthaltenden Hydrogels wurde in Luft bei 150° C getrocknet. Zwei andere Teile (Proben B und C) wurden vor dem Trocknen in ein Druckgefäß gebracht und gesättigtem Wasserdampf unter einem Druck von 1,76 kg/cm2 etwa 2 Minuten lang ausgesetzt. Probe B wurde dann unter Zug bei 15O0C 5 Minuten getrocknet und Probe C bei gleicher Temperatur und für die gleiche Zeit in entspanntem Zustand getrocknet.A first portion (sample A) of the wet-stretched polyvinylpyrrolidone-containing hydrogel was dried in air at 150 ° C. Two other parts (Samples B and C) were placed in a pressure vessel before drying and exposed to saturated water vapor at a pressure of 1.76 kg / cm 2 for about 2 minutes. Sample B was then dried under train at 15O 0 C for 5 minutes and dried sample C at the same temperature and for the same time in a relaxed state.
Die Proben wurden nach einem üblichen Verfahren etwa 1 Stunde in der Siedehitze mit 4% (auf das Gewicht der Faser bezogen) eines direkt ziehenden Farbstoffes gefärbt. Die Probe A war nur in ihren äußeren Teilen bis zu einer Tiefe von etwa 10% des Durchmessers gefärbt. Die Proben B und C jedoch hatten den Farbstoff in einem größeren Ausmaß als Probe A aufgenommen. Außerdem zeigte weder die Probe B noch die Probe C bei der mikrophotographischen Prüfung Anzeichen einer Ringfärbung, vielmehr hatten sie den Farbstoff gründlich innerhalb ihrer Querschnitte aufgenommen.The samples were heated at 4% boiling point for about 1 hour (based on the Weight of the fiber based) of a direct dye dyed. Sample A was only in hers outer parts colored to a depth of about 10% of the diameter. Samples B and C, however had taken up the dye to a greater extent than Sample A. Besides, neither showed the Sample B nor sample C with the photomicrographic examination signs of a ring discoloration, rather, they had thoroughly incorporated the dye within their cross-sections.
Außerdem wurde beobachtet, daß einige der physikalischen Eigenschaften der mit Wasserdampf behandelten Proben (B und C) mindestens mit denen der unbehandelten Proben vergleichbar, wenn nicht merklich verbessert worden waren. Dies wird durch Vergleiche in der folgenden Tabelle gezeigt:It was also observed that some of the physical properties of those treated with steam were observed Samples (B and C) at least comparable to those of the untreated samples, if not noticeable had been improved. This is shown by comparisons in the table below:
A I B j Csample
AIB j C
3,0
423.6
3.0
42
3,2
323.8
3.2
32
3,0
333.5
3.0
33
Dehnbarkeit, % Tear strength, g / den
Extensibility,%
Die vorhergehenden ausgezeichneten Ergebnisse wurden auch erhalten, wenn das Verfahren wiederholt und die behandelten Faserproben mit anderen Farbstoffen der großen Farbstoffgruppen gefärbt wurden, zu denen Acetat- und Küpenfarbstoffe, saure und basische Farbstoffe gehören.The foregoing excellent results were also obtained when the procedure was repeated and the treated fiber samples have been dyed with other dyes of the large dye groups, which include acetate and vat dyes, acidic and basic dyes.
B ei sp i el 2Example 2
Einige weitere, mit Polyvinylpyrrolidon imprägnierte Acrylfaserproben wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt und in gleicher Weise, wie in dem ersten Beispiel beschrieben, konditioniert, nur daß die Behandlungsbedingungen über einen Bereich von Wasserdampfdrücken und Behandlungszeiten verändert wurden. Jede der Faserproben wurde dann mit 4% des im Beispiel 1 verwendeten Farbstoffes gefärbt und mikroskopisch untersucht, um die Farbdurchdringung zu beobachten. Die verwendeten Behandlungsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt worden, wobei auch die physikalischen Eigenschaften der behandelten Faserproben erwähnt werden. Für Vergleichszwecke sind auch die Ergebnisse in der Tabelle aufgeführt, die mit einer unbehandelten, Polyvinylpyrrolidon enthaltenden Vergleichsprobe erhalten worden sind.A few more acrylic fiber samples impregnated with polyvinylpyrrolidone were, as described in Example 1, manufactured and conditioned in the same way as described in the first example, only that the treatment conditions over a range of water vapor pressures and treatment times were changed. Each of the fiber samples was then given 4% of the dye used in Example 1 colored and examined microscopically to observe color penetration. The used Treatment conditions and the results obtained are summarized in the following table also mentioning the physical properties of the treated fiber samples. For For purposes of comparison, the results are also shown in the table, those with an untreated polyvinylpyrrolidone containing comparative sample have been obtained.
Ein naßversponnenes, gestrecktes Fasertau in Hydrogelform, das dem im Beispiel 1 erzeugten glich, nur daß es einen Polyvinylpyrrolidongehalt von etwa 8% hatte, wurde nach einem ununterbrochenen Verfahren im Verlauf von drei aufeinanderfolgenden Versuchen gemäß der vorliegenden Erfindung weiter behandelt und thermisch konditioniert, indem dieses sofort nach der endgültigen Streckstufe in der Hitze vor dem Trocknen im entspannten Zustand bei 150°C durch ein Wasserdampf rohr geleitet wurde. Das gestreckte Fasertau im Hydrogelzustand wurde unter einem ausreichenden Zug durch das Wasserdampfrohr geleitet, um ihm während der Behandlung eine weitere Streckung um etwa das l,lfache zu verleihen. Die Verweilzeit des durch das Wasserdampfrohr laufenden Taus betrug etwa 1,44 Sekunden. Der Wasserdampfdruck bei der Behandlung wurde während der aufeinanderfolgenden Versuche verändert. Die Behandlungsbedingungen und die Ergebnisse der verschiedenen Versuche mit den Fasern, die schließlich im entspannten Zustand bei 15O0C getrocknet wurden, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:A wet-spun, stretched fiber rope in hydrogel form, which was similar to that produced in Example 1, except that it had a polyvinylpyrrolidone content of about 8%, was further treated and thermally conditioned in accordance with the present invention by a continuous process in the course of three successive experiments was passed immediately after the final stretching stage in the heat before drying in the relaxed state at 150 ° C through a steam pipe. The stretched fiber rope in the hydrogel state was passed through the steam tube with sufficient tension to give it an additional approximately one-fold stretch during treatment. The residence time of the rope running through the steam pipe was about 1.44 seconds. The water vapor pressure in the treatment was changed during the successive tests. The treatment conditions and the results of the various tests with the fibers, which were finally dried in a relaxed state at 15O 0 C are listed in the following table:
Denier denier
Wasserdampfdruck in der Röhre,Water vapor pressure in the tube,
kg/cm2 kg / cm 2
Farbdurchdringung Color penetration
Reißfestigkeit, g/den Tear strength, g / den
Dehnbarkeit, % Extensibility,%
Probesample
2,72.7
1,76
vollständig
3,3
401.76
Completely
3.3
40
2,32.3
2,81
vollständig 3,2
312.81
fully 3.2
31
war. Die Behandlungszeit der Faser (Probe L) in dem Wasserdampfrohr betrug bei einem Wasserdampfdruck von etwa 1,9 kg/cm2 etwa 5 Minuten. Eine Vergleichsprobe (Probe M) des gleichen Hydrogels, die nicht mit Wasserdampf behandelt worden war, wurde zum Vergleich mit Probe L zusammen untersucht. Die Ergebnisse waren folgende:was. The treatment time of the fiber (sample L) in the steam pipe was about 5 minutes at a steam pressure of about 1.9 kg / cm 2. A comparison sample (sample M) of the same hydrogel, which had not been treated with water vapor, was examined together with sample L for comparison. The results were as follows:
(Ver
gleich)M.
(Ver
same)
voll
ständig
3,6
302.4
fully
constant
3.6
30th
Z,ö
ring
gefärbt
3,6
37 O Ö
Z, ö
ring
colored
3.6
37
Reißfestigkeit, g/den
Dehnbarkeit, % Color penetration
Tear strength, g / den
Extensibility,%
3030th
3535
Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt, nur wurde das Tau thermisch konditioniert, indem dieses durch das Wasserdampfrohr mit einer gleichförmigen linearen Geschwindigkeit geleitet wurde, so daß dieses während der Konditionierbehandlung weder gestreckt noch das Schrumpfen erlaubt wurde.The procedure of Example 3 was repeated, only the rope was thermally conditioned by this was passed through the steam pipe at a uniform linear velocity, so that this was neither stretched nor allowed to shrink during the conditioning treatment.
Das verwendete Polyacrylnitrilfaser-Hydrogel war +.i eine naßversponnene, gewaschene und gestreckte Faser, die imprägniert worden war, so daß sie etwa 6,6 % Polyvinylpyrrolidon enthielt, die aber sonst dem im ersten Beispiel verwendeten Hydrogel gleich Ähnliche Ergebnisse können erhalten werden, wenn Polyacrylnitrilfasern mit anderen Vinyllactampolymerisaten, zu denen Polyvinylcaprolactam und andere Mischpolymerisate des Vinylpyrrolidons und Vinylcaprolactams gehören, und dann gemäß dieser Erfindung mit Wasserdampf behandelt werden.The polyacrylonitrile fiber hydrogel used was + .i a wet-spun, washed, and drawn fiber that has been impregnated so that it is about Contained 6.6% polyvinylpyrrolidone, but otherwise the same as the hydrogel used in the first example Similar results can be obtained when polyacrylonitrile fibers with other vinyl lactam polymers, to which polyvinylcaprolactam and other copolymers of vinylpyrrolidone and vinylcaprolactam and then treated with steam in accordance with this invention.
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